(57)【要約】【課題】超薄型フリップチップパッケージの製造方法を提供する。【解決手段】半導体チップの金属パッド上に下部バリヤー金属膜を形成し、前記下部バリヤー金属膜上に、バー部と前記バー部の上部とはボール部より構成された３次元構造のソルダーバンプを形成する。前記３次元構造のソルダーバンプを含む半導体チップを裏返して印刷回路基板上のソルダー層と接合してフリップチップパッケージを完成する。これにより、本発明は３次元構造のソルダーバンプを採用してソルダーバンプの高さを低くすることができて、超薄型及び構造的な信頼性が向上したフリップチップパッケージを具現しうる。【選択図】図９
2005129955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された金属パッドと、前記金属パッドを露出させる保護膜パターンとを含む半導体チップを準備する段階と、
前記保護膜パターン上に緩衝膜パターンを形成する段階と、
前記金属パッドと前記緩衝膜パターン上に第１下部バリヤー金属膜を形成する段階と、
前記金属パッドの上部の前記第１下部バリヤー金属膜上に第２下部バリヤー金属膜を形成する段階と、
前記第２下部バリヤー金属膜上に、バー部及び前記バー部の上端のボール部より構成された３次元構造のソルダーバンプを形成する段階と、
前記緩衝膜パターン上の第１下部バリヤー金属膜をエッチングする段階と、
前記３次元構造のソルダーバンプを含む半導体チップを裏返して印刷回路基板上のソルダー層と接合してフリップチップパッケージを完成する段階と、を含んでなることを特徴とするフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項２】
前記緩衝膜パターンは、ポリイミド膜より形成することを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項３】
前記第１下部バリヤー金属膜は、チタン膜とニッケル膜とが順次に積層された膜より形成することを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項４】
前記第１下部バリヤー金属膜は、スパッタリング方法で形成することを特徴とする請求項３に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項５】
前記第２下部バリヤー金属膜を形成する段階は、
前記第１下部バリヤー金属膜上に前記金属パッドの上部を露出させるリセスを有する第１フォトレジストパターンを形成する段階と、前記第１フォトレジストパターンによって露出された金属パッドの上部の第１下部バリヤー金属膜上に第２下部バリヤー金属膜を形成する段階と、前記第１フォトレジストパターンを除去する段階と、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項６】
前記第２下部バリヤー金属膜は、ニッケル膜より形成することを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項７】
前記第２下部バリヤー金属膜は、前記第１フォトレジストパターンをメッキ防止膜として電気メッキ方法で形成することを特徴とする請求項５に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項８】
前記３次元構造のソルダーバンプを形成する段階は、
前記第１下部バリヤー金属膜及び第２下部バリヤー金属膜上に形成され、前記第２下部バリヤー金属膜上には複数のバー及びその間にホールを備える第２フォトレジストパターンを形成する段階と、前記第２下部バリヤー金属膜上に形成された複数のホールを充填し、上部はボール部より構成された複数のバーを有するソルダーバンプを形成する段階と、前記第２フォトレジストパターンを除去する段階と、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項９】
前記ソルダーバンプは、鉛とすずとの合金膜より形成することを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１０】
前記ソルダーバンプは、前記第２フォトレジストパターンをメッキ防止膜として電気メッキ方法で形成することを特徴とする請求項８に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体パッケージの製造方法に係り、さらに詳細には、超薄型フリップチップパッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを印刷回路基板に装着するための方法は、フリップチップパッケージ方法を利用する。前記フリップチップパッケージ方法は、ソルダーバンプを使用して半導体チップの金属パッドと印刷回路基板とを直接接合させる方法で小さな面積を占めつつ半導体チップの動作速度を速くしうる長所がある。
【０００３】
図１ないし図８は、従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【０００４】
図１を参照すれば、半導体基板１１上に形成された金属パッド１３と、前記金属パッド１３を一部露出させる保護膜パターン１５とを含む半導体チップ１７を準備する。前記保護膜パターン１５上にも前記金属パッド１３の上面を露出させるポリイミド膜パターン１９を形成する。前記ポリイミド膜パターン１９は、半導体チップ１７の表面を保護するために形成する。
【０００５】
前記ポリイミド膜パターン１９が形成された半導体チップ１７の全面に第１下部バリヤー金属膜２１を形成する。これにより、前記金属パッド１３上に第１下部バリヤー金属膜２１が形成される。前記第１下部バリヤー金属膜２１は、チタン膜とニッケル膜とが順次に積層された膜より形成する。
【０００６】
図２及び図３を参照すれば、前記第１下部バリヤー金属膜２１上にフォトレジスト膜を形成した後にパターニングして前記金属パッド１３の上部を露出させるリセス２２を有するフォトレジストパターン２３を形成する。前記フォトレジストパターン２３によって金属パッド１３の上部の第１下部バリヤー金属膜２１が露出される。
【０００７】
次いで、図３に示されたように、フォトレジストパターン２３によって露出された金属パッド１３の上部の第１下部バリヤー金属膜２１上に第２下部バリヤー金属膜２５を形成する。前記第２下部バリヤー金属膜２５は、前記フォトレジストパターン２３をメッキ防止膜として利用して電気メッキ方法で形成する。前記第２下部バリヤー金属膜２５は、ニッケル膜より形成する。
【０００８】
図４を参照すれば、前記第２下部バリヤー金属膜２５上に前記フォトレジストパターン２３によって形成されたリセス２２を充填するようにソルダーバンプ２７を形成する。前記ソルダーバンプ２７は、前記フォトレジストパターン２３をメッキ防止膜として利用して電気メッキ方法で形成する。前記ソルダーバンプ２７は、鉛とすずとの合金膜より形成する。
【０００９】
図５及び図６を参照すれば、前記第２下部バリヤー金属膜２５及びソルダーバンプ２７を形成する時、メッキ防止膜として利用したフォトレジストパターン２３を除去する。次いで、図６に示したように、前記ソルダーバンプ２７をマスクとして前記第１下部バリヤー金属膜２１をエッチングする。これにより、第１下部バリヤー金属膜２１は、第２下部バリヤー金属膜２５の下部にのみ形成される。
【００１０】
図７及び図８を参照すれば、前記ソルダーバンプ２７を覆うように水溶性フラックス２９をコーティングする。次いで、前記水溶性フラックス２９を利用して前記ソルダーバンプ２７を熱工程でリフローさせて円形状に製造する。次いで、前記ソルダーバンプ２７が形成された半導体チップ１７を裏返して印刷回路基板（図示せず）に直接接合させることによってフリップチップパッケージの製造方法を完了する。
【００１１】
図１ないし図８に示した従来のフリップチップパッケージの製造方法は、次のような問題点がある。
【００１２】
第一に、従来のフリップチップパッケージの製造方法は、前記ソルダーバンプ２７の高さを１００μmにしなければパッケージングが不能であるため、超薄型のフリップチップパッケージを具現し難い。加えて、前記ソルダーバンプの高さを１００μmとする場合には、前記メッキ防止膜として利用されるフォトレジストパターンの高さを７０μm以上と高くしなければならないため、製造コストが高いという短所がある。
【００１３】
第二に、従来のフリップチップパッケージの製造方法は、半導体チップの集積度の増加によって金属パッドのサイズが小さくなり、ソルダーバンプの高さが低くなるので、構造的にフリップチップパッケージの信頼性が低下する。
【００１４】
第三に、従来のフリップチップパッケージの製造方法は、ソルダーバンプと印刷回路基板とを接合させた後に、ソルダー層の内部で発生した接合クラックが多様な方向に広がって構造的な信頼性が低下する。
【００１５】
第四に、従来のフリップチップパッケージの製造方法は、図１ないし図８に示したように、複数の複雑な工程を行わなければならず、特に、ソルダーバンプのリフロー工程を行わなければならないため、フリップチップパッケージが熱的ストレスを受けるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記問題点を解決して単純な工程で製造コストも節減しつつ構造的に信頼性が高く、かつ超薄型のフリップチップパッケージの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を達成するために、本発明のフリップチップパッケージの製造方法は、半導体基板上に形成された金属パッドと、前記金属パッドを露出させる保護膜パターンとを含む半導体チップを準備することを含む。前記保護膜パターン上に緩衝膜パターンを形成した後、前記金属パッド及び前記緩衝膜パターン上に第１下部バリヤー金属膜を形成する。前記金属パッドの上部の前記第１下部バリヤー金属膜上に第２下部バリヤー金属膜を形成する。前記第２下部バリヤー金属膜上に、バー部及び前記バー部の上部はボール部より構成された３次元構造のソルダーバンプを形成する。前記緩衝膜パターン上の第１下部バリヤー金属膜をエッチングする。前記３次元構造のソルダーバンプを含む半導体チップを裏返して印刷回路基板上のソルダー層と接合してフリップチップパッケージを完成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のフリップチップパッケージの製造方法は、３次元構造のソルダーバンプを採用してソルダーバンプの高さを低められて超薄型及び構造的な信頼性が向上したフリップチップパッケージを具現しうる。
【００１９】
本発明は上端がボール部よりなるバーより構成されたソルダーバンプを採用して接合クラックがソルダー層内で横及び縦方向に広がることを防止しうる。
【００２０】
本発明は従来の技術と比較して単純な工程でフリップチップパッケージを具現でき、ソルダーバンプのリフロー工程を省略できて熱的ストレスを受けないフリップチップパッケージを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。しかし、下記に例示する本発明の実施例は、色々な他の形態に変形され、本発明の範囲が後述する実施例に限定されることではない。本発明の実施例は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。図面で、膜または領域のサイズまたは厚さは、明細書の明確性のために誇張して表した。
【００２２】
図９ないし図１７は、本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図であり、図１８は、本発明の超薄型フリップチップパッケージの製造時に作られるソルダーバンプの平面図である。
【００２３】
図９を参照すれば、半導体基板１０１上に形成された金属パッド１０３と、前記金属パッド１０３を露出させる保護膜パターン１０５とを含む半導体チップ１０７を準備する。前記金属パッド１０３は、外部から電気的信号を印加する半導体チップ１０７の電気的連結通路である。前記金属パッド１０３は、アルミニウム膜または銅膜より形成される。前記保護膜パターン１０５は、前記半導体基板１０１を外部の不純物または物理的ストレスから保護するために形成する物質膜であって、シリコン窒化膜より形成される。
【００２４】
前記保護膜パターン１０５上に緩衝膜パターン１０９を形成する。前記緩衝膜パターン１０９は、前記半導体チップ１０７と印刷回路基板との付着工程で前記半導体チップ１０７に加えられる物理的ストレスを最小化するための物質膜である。前記緩衝膜パターン１０９は、ポリイミド膜を利用して形成する。
【００２５】
図１０を参照すれば、前記緩衝膜パターン１０９及び金属パッド１０３が形成された半導体チップ１０７の全面に第１下部バリヤー金属膜１１１を形成する。これにより、前記金属パッド１０３上に第１下部バリヤー金属膜１１１が形成される。前記第１下部バリヤー金属膜１１１は、前記金属パッドの電気的な導通面積を広げるために形成する。前記第１下部バリヤー金属膜１１１は、スパッタリング方法で形成する。前記第１下部バリヤー金属膜１１１は、チタン膜とニッケル膜とが順次に積層された膜より形成する。
【００２６】
次いで、前記第１下部バリヤー金属膜１１１上にフォトレジスト膜を形成した後、前記金属パッド１０３の上部を露出させるリセス１１２を有する第１フォトレジストパターン１１３を形成する。前記第１フォトレジストパターン１１３によって金属パッド１０３の上部の第１下部バリヤー金属膜１１１が露出される。
【００２７】
図１１及び図１２を参照すれば、前記第１フォトレジストパターン１１３によって露出された金属パッド１０３の上部の第１下部バリヤー金属膜１１１上に第２下部バリヤー金属膜１１５を形成する。すなわち、前記第２下部バリヤー金属膜１１５は、前記リセス１１２内の第１下部バリヤー金属膜１１１上に形成される。前記第２下部バリヤー金属膜１１５は、前記第１下部バリヤー金属膜１１１が拡散することを防止する役割を行う。前記第２下部バリヤー金属膜１１５は、前記フォトレジストパターン１１３をメッキ防止膜として電気メッキ方法で形成する。前記第２下部バリヤー金属膜１１５は、金膜より形成する。
【００２８】
次いで、図１２に示したように、前記第２下部バリヤー金属膜１１５を形成する時、メッキ防止膜として利用した第１フォトレジストパターン１１３を除去する。
【００２９】
図１３を参照すれば、前記第２下部バリヤー金属膜１１５及び第１下部バリヤー金属膜１１１上に第２フォトレジストパターン１１７を形成する。特に、前記第２下部バリヤー金属膜１１５上に形成される第２フォトレジストパターン１１７は、複数のバー１１７と、その間に複数のホール１１８が形成される。
【００３０】
図１４を参照すれば、前記第２下部バリヤー金属膜１１５上で前記第２フォトレジストパターン１１７内に形成された複数のホール１１８を充填するように形成して上部はボール部１１９ｂより構成された複数のバー１１９ａを有するソルダーバンプ１１９を形成する。前記ソルダーバンプのボール部１１９ｂは、互いに付いている構造と形成されて、後で印刷回路基板とソルダリングする時にソルダリング体積を減少することができ、ソルダリング可能な体積も十分に確保しうる。前記ソルダーバンプ１１９は、前記第２フォトレジストパターン１１７をメッキ防止膜として電気メッキ方法で形成する。前記ソルダーバンプ１１９は、鉛とすずとの合金膜より形成する。
【００３１】
図１５及び図１８を参照すれば、前記ソルダーバンプ１１９を形成する時、メッキ防止膜として利用した第２フォトレジストパターン１１７を除去する。これにより、前記第２下部バリヤー金属膜１１５上に上部がボール部１１９ｂより形成されたバー１１９ａを有する３次元構造のソルダーバンプが完成する。
【００３２】
このように３次元構造のソルダーバンプは、従来のソルダーバンプと比較して高さを低くしても後続するフリップチップ接合工程を容易に行えるため、超薄型フリップチップパッケージを具現しつつも製造コストを低くすることができる。
【００３３】
前記３次元構造のソルダーバンプは、図１８に示したように、４方向についている構造と形成される。これにより、本発明の３次元構造のソルダーバンプは、一定量のソルダー体積を確保することができて、さらに超薄型フリップチップパッケージを具現しうる。
【００３４】
次いで、前記第２下部バリヤー金属膜１１５及びソルダーバンプ１１９をマスクとして前記第１下部バリヤー金属膜１１１をエッチングする。これにより、第１下部バリヤー金属膜１１１は、前記第２下部バリヤー金属膜１１５の下部にのみ形成される。
【００３５】
図１６及び図１７を参照すれば、上部がボール部１１９ｂより構成されたバー（バー部）１１９ａを有するソルダーバンプ１１９を含む半導体チップ１０７を裏返してソルダリング工程を通じて印刷回路基板２０１のソルダー層２０３と接合することによってフリップチップパッケージを完成する。本発明のフリップチップパッケージは、ソルダリング後にソルダー層内に発生する接合クラックが前記ソルダーバンプ１１９のバーによって横方向（ソルダーバンプのバーと垂直な方向）に広がることが防止され、前記ソルダーバンプのボール部によって縦方向（ソルダーバンプのバーと平行した方向）に広がることを防止しうる。
【００３６】
以上、本発明は図面を参考として記述されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かる。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は半導体パッケージの製造に利用され、特に、超薄型及び構造的な信頼性の向上したフリップチップパッケージの製造に利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図２】従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図３】従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図４】従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図５】従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図６】従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図７】従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図８】従来の技術によるフリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図９】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１０】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１１】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１２】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１３】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１４】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１５】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１６】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１７】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造方法を説明するために示す断面図である。
【図１８】本発明による超薄型フリップチップパッケージの製造時に作られるソルダーバンプの平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１    半導体基板
１０３    金属パッド
１０５    保護膜パターン
１０７    半導体チップ
１０９    緩衝膜パターン
【図１】
2005129955.tif 000003
【図２】
2005129955.tif 000004
【図３】
2005129955.tif 000005
【図４】
2005129955.tif 000006
【図５】
2005129955.tif 000007
【図６】
2005129955.tif 000008
【図７】
2005129955.tif 000009
【図８】
2005129955.tif 000010
【図９】
2005129955.tif 000011
【図１０】
2005129955.tif 000012
【図１１】
2005129955.tif 000013
【図１２】
2005129955.tif 000014
【図１３】
2005129955.tif 000015
【図１４】
2005129955.tif 000016
【図１５】
2005129955.tif 000017
【図１６】
2005129955.tif 000018
【図１７】
2005129955.tif 000019
【図１８】
2005129955.tif 000020